[发明专利]一种电解槽运行参数的在线测量方法及装置

说明书

本发明属于有色金属冶金类，尤其涉及一种电解槽运行参数的在线测量方法及装置，通过在阳极与阴极之间安装L形、U形或者I形的参比电极，并与升降装置相配合，在阳极的正投影下方匀速运动，测得该参比电极与阳极或阴极之间的电势差。根据电势差曲线的斜率或振幅变化计算获得铝电解槽极距、电解质电导率、阳极有效电流密度、阳极气泡覆盖率、阳极过电压、气泡层厚度以及铝液扩散层厚度七种参数，可以在电解铝过程中对电解铝工艺进行实时控制，对于铝电解槽的精细化、自动化控制及故障诊断有积极促进作用。通过参比电极实时运行所获得的七种参数同步至铝电解槽控制系统，可实现铝电解槽的综合控制。为提高铝电解工业的自动化程度，节能降耗提供支持。

技术领域

本发明属于有色金属冶金类，尤其涉及一种电解槽运行参数的在线测量方法及装置。

背景技术

2021年电解铝产量占全世界原铝总产量的57％。铝工业是耗能大户，吨铝综合电耗约为13500kW·h，电能成本是原铝生产成本的重要组成。铝电解节能降耗是控制生产成本的关键。

工业上采用霍尔-埃鲁电解法生产金属铝，铝电解的主要反应器是铝电解槽。铝电解槽中采用氧化铝作为原料，将氧化铝溶解于高温熔融的冰晶石熔盐中，向炭素或石墨制成的阳极和阴极之间通入直流电电解冰晶石-氧化铝熔盐，在阳极上产生一氧化碳和二氧化碳气体，在阴极上获得液态金属铝。液态金属铝沉积于炭素阴极上方，成为实际意义上的阴极。因此，铝电解反应主要发生在碳阳极和铝液层之间的电解质层内，一般将这部分区域称为极间区域。极间区域的高度，称为极距。

目前，现有的铝电解槽的日常管理中仅对极距进行测量。测量的方式一般采用在更换阳极时通过尺对临近阳极的极距值进行测量。测量方法难以自动化，测量准确度难以保证，测量信号难以数字化。同时，高温、强腐蚀的铝电解质环境，也为获取实时铝电解槽运行参数带来了难度。

在铝电解过程中，将各项参数保持在工艺最优范围内是关键，因此，如何取得铝电解核心反应相关的过程参数，以及如何实现铝电解过程可视化，是人们所广泛关注的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种电解槽运行参数的在线测量方法及装置，其解决了现有测量方法难以自动化，测量准确度难以保证，测量信号难以数字化的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种电解槽运行参数的在线测量方法，其包括如下步骤：

S1：在阳极和阴极之间设置可移动的参比电极；

选择U形、L形或I形的参比电极，将其中一种参比电极的上部夹持在升降装置上；

S2：将选择的参比电极放置在预设位置；

若选用U形或L形的参比电极，将U形或L形的参比电极安装在阳极的侧部，所述U形或L形的参比电极的横置摆臂应延伸至阳极正下方区域，并通过旋转U形或L形的参比电极，将参比电极下部的尖端置于阳极正下方投影区域内；

若选用I型参比电极，I形参比电极安装在紧贴阳极的侧部，需要在阳极覆盖料上打孔，或插入至阳极上预留的竖直通孔进行测量；

S3：通过可在阳极和阴极之间移动的参比电极测得参比电极和阳极或阴极之间的电势差曲线；

开启升降装置，所述升降装置的输出端带动参比电极以预设速率在极距区间内沿竖直方向上升或下降，通过电压表记录在参比电极移动过程中的电压，通过获得的电压绘制参比电极与阴极的电势差曲线或参比电极与阳极的电势差曲线，完成电势差曲线图的绘制；

其中，x轴代表距阴极的距离，y轴代表电势差；